JP2002234300A

JP2002234300A - 金属体と、絵柄文字描画装置及び絵柄文字描画方法

Info

Publication number: JP2002234300A
Application number: JP2001035757A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Kanazawa; 伸之金澤
Original assignee: Laser Technology Inc
Current assignee: Laser Technology Inc
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2002-08-20

Abstract

(57)【要約】【課題】細線を描画可能で、また、希望する部分だけ
を、簡易に、自在に着色することができる金属体と、絵
柄文字描画装置及び絵柄文字描画方法を提供する。【解決手段】被描画金属体３０に、絵柄又は文字を直
接描画するためのレーザ光線を射出するレーザ光線射出
手段１１〜１３と、レーザ光線射出手段１１〜１３が射
出するレーザ光線の被描画金属体３０に対する照射位置
を制御して、その被描画金属体３０に、絵柄又は文字を
描画する照射位置制御手段１６と、レーザ光線射出手段
１１〜１３が射出するレーザ光線の被描画金属体３０に
対する照射量を制御して、その被描画金属体３０に描画
する絵柄又は文字を所望の色に着色する照射量制御手段
１９ｂとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械部品や医療器
具等の表面に文字を表示したり、鍵やペンダント等の表
面に絵柄を表示する、金属体と、絵柄文字描画装置及び
絵柄文字描画方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属は、無機的で冷たいイメージを与え
ることから、表面に彩色を施して種々の模様を形成する
試みがなされている。特に、本来の金属光沢を残しなが
ら彩色したものは、意匠性に優れ、高級感もあり、市場
からの要望も多い。

【０００３】従来、金属の表面に彩色を施す方法として
は、例えば、レーザビームによって金属表面に微細な凹
凸を密に形成する加工方法が提案されている（特公平７
−４７２３２）。この方法は、金属表面の微細凹凸によ
って回折格子を形成する方法である。この方法によれ
ば、回折格子（微細凹凸）によって光の干渉が生じるの
で、見る角度によって変色する玉虫色の反射光沢を呈す
ることができる。しかし、細線を描画したり、自在に着
色することはできない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】また、古くより、金属
板等を酸化性の酸やアルカリ浴に浸漬することによって
表面に酸化膜を成長させ、それによって生じる干渉色を
利用する方法がある。この方法で多色模様化するには、
レジスト膜（マスク）を用いてパターン化し、着色処理
と膜の除去・塗布とを繰り返すという繁雑なプロセスを
要する。

【０００５】このような繁雑なプロセスを回避してステ
ンレス板を着色するために、ステンレス板を硝酸水溶液
中に配置して、ＹＡＧレーザ光線を照射する方法が近年
開発されている。この方法は、硝酸水溶液中のステンレ
ス板にＹＡＧレーザ光線を照射すると、そのステンレス
板の表面にクロム（Ｃｒ）が濃縮し、そこの酸化速度が
遅れることに注目した技術である。この方法は、ステン
レス表面のクロムを、マスクとして作用させるものであ
り、いわば、マスクの簡易な作製方法であるといえる。
しかし、この方法では、ステンレス板を硝酸水溶液中に
浸すための水槽が必要で、大がかりな装置を要する。ま
た、ステンレス板全体が、硝酸水溶液中に浸されている
ので、全体が着色されてしまう。

【０００６】本発明の課題は、細線を描画可能で、ま
た、希望する部分だけを、簡易に、自在に着色すること
ができる金属体と、絵柄文字描画装置及び絵柄文字描画
方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下のような
解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容
易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付
して説明するが、これに限定されるものではない。前記
課題を解決するために、請求項１の発明は、表面に形成
された酸化膜の厚さの違いによって異なる色を呈し、そ
の色によって、絵柄又は文字を表示する絵柄文字層を備
える金属体である。

【０００８】請求項２の発明は、レーザ光線の照射によ
って、その照射部分が着色されて、絵柄又は文字を表示
する絵柄文字層を備える金属体である。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
に記載の金属体において、材料は、ステンレスであるこ
とを特徴とする金属体である。

【００１０】請求項４の発明は、請求項１から請求項３
までのいずれか１項に記載の金属体において、前記絵柄
文字層の絵柄又は文字は、４０μｍ以下の線部を有する
ことを特徴とする金属体である。

【００１１】請求項５の発明は、請求項１から請求項４
までのいずれか１項に記載の金属体において、前記絵柄
文字層を保護する保護層を有することを特徴とする金属
体である。

【００１２】請求項６の発明は、被描画金属体（３０）
に、絵柄又は文字を直接描画するためのレーザ光線を射
出するレーザ光線射出手段（１１〜１３）と、前記レー
ザ光線射出手段（１１〜１３）が射出するレーザ光線の
前記被描画金属体（３０）に対する照射位置を制御し
て、その被描画金属体（３０）に、絵柄又は文字を描画
する照射位置制御手段（１６）と、前記レーザ光線射出
手段（１１〜１３）が射出するレーザ光線の前記被描画
金属体（３０）に対する照射量を制御して、その被描画
金属体（３０）に描画する絵柄又は文字を所望の色に着
色する照射量制御手段（１９ｂ）とを備える絵柄文字描
画装置である。

【００１３】請求項７の発明は、請求項６に記載の絵柄
文字描画装置において、前記照射量制御手段は、前記被
描画金属体に対する照射回数を制御して、絵柄又は文字
を所望の色に着色することを特徴とする絵柄文字描画装
置である。

【００１４】請求項８の発明は、請求項６に記載の絵柄
文字描画装置において、前記照射量制御手段は、前記被
描画金属体に対する照射時間を制御して、絵柄又は文字
を所望の色に着色することを特徴とする絵柄文字描画装
置である。

【００１５】請求項９の発明は、請求項６から請求項８
までのいずれか１項に記載の絵柄文字描画装置におい
て、前記レーザ光線射出手段は、ＹＶＯ₄ 結晶をレーザ
媒質としていることを特徴とする絵柄文字描画装置であ
る。

【００１６】請求項１０の発明は、請求項９に記載の絵
柄文字描画装置において、前記レーザ光線射出手段は、
射出するレーザ光線の波長を変換する波長変換手段を有
することを特徴とする絵柄文字描画装置である。

【００１７】請求項１１の発明は、被描画金属体（３
０）に、絵柄又は文字を直接描画するためのレーザ光線
を射出するレーザ光線射出工程（＃１１０）と、前記レ
ーザ光線射出工程（＃１１０）が射出するレーザ光線の
前記被描画金属体（３０）に対する照射位置を制御し
て、その被描画金属体（３０）に、絵柄又は文字を描画
する照射位置制御工程（＃１２０）と、前記レーザ光線
射出工程（＃１１０）が射出するレーザ光線の前記被描
画金属体（３０）に対する照射量を制御して、その被描
画金属体（３０）に描画する絵柄又は文字を所望の色に
着色する照射量制御工程（＃１３０）とを備える絵柄文
字描画方法である。

【００１８】請求項１２の発明は、請求項１１に記載の
絵柄文字描画方法において、前記照射量制御工程は、前
記被描画金属体（３０）に対する照射回数を制御して、
絵柄又は文字を所望の色に着色することを特徴とする絵
柄文字描画方法である。

【００１９】請求項１３の発明は、請求項１１に記載の
絵柄文字描画方法において、前記照射量制御工程は、前
記被描画金属体に対する照射時間を制御して、絵柄又は
文字を所望の色に着色することを特徴とする絵柄文字描
画方法である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面等を参照して、本発明
の実施の形態について、さらに詳しく説明する。図１
は、本発明による絵柄文字描画装置の一実施形態を示す
図である。本件発明者は、金属表面にレーザ光線を繰り
返し照射すると、その回数に応じて、金属表面の色が変
化するということを見い出して、本発明を完成させるに
至った。レーザマーカ１０は、加工対象物である金属板
３０に対して、レーザ光線を照射して、文字、絵柄等を
描画するレーザ加工機であり、ＹＶＯ₄ 結晶をレーザ媒
質としている。レーザマーカ１０は、レーザ媒質１１
と、出力ミラー１２と、終端ミラー１３と、ＴＥ冷却部
１４と、Ｑスイッチ１５と、ガルバノスキャナ１６と、
集光レンズ１７と、加工テーブル１８と、コントローラ
１９と、描画情報入力コンピュータ２０を備える。

【００２１】レーザ媒質１１は、上述の通り、ＹＶＯ₄
結晶である。なお、ＹＶＯ₄ 結晶を使用する理由は、後
述する。出力ミラー１２及び終端ミラー１３は、レーザ
媒質１１から照射されたレーザ光線を共振させる共振器
を形成する。共振させられたレーザ光線の一部は、出力
ミラー１２から射出される。なお、レーザ媒質１１は、
励起すると、温度が上昇するが、その温度上昇は、ＴＥ
（ＴｈｅｒｍｏＥｌｅｃｔｏｒｉｃ）冷却部１４によ
って、冷却される。

【００２２】Ｑスイッチ１５は、共振器のＱ（メリット
数）を急速に変えることで、ジャイアントパルスを発生
させる。ここに、Ｑ＝２πｘ（共振器内に蓄積した平均
エネルギ）／（サイクル当たりの消費エネルギ）として
定義される。共振器の表面の反射率が高いほどＱは高く
なり、望ましいモードからのエネルギロスは少なくな
る。

【００２３】ガルバノスキャナ１６は、図１の矢印に示
すように回転し、出力ミラー１２から射出したレーザ光
線を偏向させる反射ミラーである。この反射ミラーは、
磁界中の可動コイル軸に取り付けられている。コイルに
電流が流れると電磁力が発生し、電流に比例したトルク
が得られるが、この電流の制御により反射ミラーの傾斜
が制御される。

【００２４】集光レンズ１７は、ガルバノスキャナ１６
の反射光を加工テーブル１８上の金属板３０に集光する
凸レンズである。加工テーブル１８は、加工対象物であ
る金属板３０を固定して載置する。

【００２５】コントローラ１９は、レーザを射出するた
めの電力供給源であり、また、その動作を制御する。コ
ントローラ１９は、電源部１９ａと、照射回数制御部１
９ｂとを備える。金属は、表面に形成された酸化膜の厚
さによって色彩がかわる。コントローラ１９は、金属板
３０に照射するレーザ光線の照射回数を変えることで、
表面の酸化膜の成長を変化させて、さまざまな色の着色
を行う。なお、コントローラ１９は、操作パネルにパス
ワードを入力して行う。

【００２６】描画情報入力コンピュータ２０は、外部装
置から描画する文字、図形等の情報を入力し、その情報
をレーザマーカ１０で利用可能に変換するマーキングソ
フトを含む。

【００２７】図２は、ＹＶＯ₄ レーザ及びＹＡＧレーザ
の性質を説明する図である。図２（Ａ）は、ビーム断面
を示し、図２（Ｂ）は、光の強度分布を示す。本実施形
態では、レーザ媒質として、ＹＶＯ₄ 結晶を使用してい
るが、図２（Ａ）を見てわかるように、ＹＶＯ₄ 結晶の
ビーム断面は、ほぼ真円に近い形状を示し、その大きさ
（断面面積）も小さい。また、１本のみのビームが現れ
るシングルモードである。一方、一般的なＹＡＧ結晶の
ビーム断面は、扁平した楕円であって、その大きさ（断
面面積）も大きく、複数のビームが現れるマルチモード
である。

【００２８】図２（Ｂ）に示されているように、ＹＶＯ
₄ レーザの場合は、φ２０〜４０μｍの範囲に集中し、
光の強度も強い。一方、ＹＡＧレーザの場合は、約φ１
００μｍの範囲に分散してしまい、光の強度が弱い。ま
た、ピークが３山出現していることがわかる。

【００２９】なお、レーザ媒質１１から照射されるレー
ザ光線の発振波長を、波長変換器によって、調整するこ
とで、さらに、集光させることができる。例えば、本実
施形態のＹＶＯ₄ レーザ光線の波長は、１０６４ｎｍで
あるが、これを高周波変換素子で、例えば、５３２ｎｍ
に半減させることにより、φ５μｍ程度まで、集光させ
ることが可能である。

【００３０】以上より、レーザ媒質として、ＹＶＯ₄ 結
晶を使用することにより、本実施形態のレーザマーカ１
０は、細線をきれいに描画することができる。したがっ
て、細かい文字や絵柄を自在に描画することができる。
また、エネルギー効率も良好である。

【００３１】レーザマーカ１０は、以下のように作動
し、金属板３０に、カラーの文字又は絵柄を描画する。
レーザ媒質部１１は、コントローラ１９の電源部１９ａ
から電力の供給を受けると、レーザ光線を射出する。そ
のレーザ光線は、出力ミラー１２と終端ミラー１３との
間で共振され、その一部が出力ミラー１２から射出され
る（＃１１０；レーザ光線射出工程）。

【００３２】射出されたレーザ光線は、ガルバノスキャ
ナ１６で反射する。このとき、ガルバノスキャナ１６を
回転させて、反射方向を変更し、加工テーブル１８上の
金属板３０への照射位置を制御する（＃１２０；照射位
置制御工程）。

【００３３】そして、ガルバノスキャナ１６で反射した
レーザ光線は、集光レンズ１７で集光されて、加工テー
ブル１８上の金属板３０に照射される。この照射された
レーザ光線によって、金属板３０に、文字又は図形等が
描画される。また、同一部分に、所定回数、繰り返し
て、レーザ光線を照射する（＃１３０；照射量制御工
程）。すると、金属板３０の表面の酸化膜が成長し、そ
の厚さの違いによって、異なる色を呈する。したがっ
て、この照射回数を制御することによって、所望の色に
着色自在である。

【００３４】本実施形態によれば、同一部分に、繰り返
して、レーザ光線を照射して、所望の色に、自在に着色
することができる。また、レーザ光線を照射した部分の
み、着色することができる。さらに、レーザ媒質とし
て、ＹＶＯ₄ 結晶を使用するので、細線をきれいに描画
することができ、細かい文字や絵柄であっても描画自在
である。また、エネルギー効率も良好である。

【００３５】また、金属表面にレーザ光線を照射して、
絵柄や文字を描画し、インキを使用しないので、インキ
や溶剤による汚染がなく、また、不純物を混入させるこ
となく金属の純度を高く保持したまま、リサイクルさせ
ることが可能となる。さらに、金属表面に、直接、レー
ザ光線を照射して、絵柄や文字を描画することができる
ので、少量生産にも、好適である。また、その絵柄、文
字は、着色されているので、意匠性に優れる。

【００３６】さらにまた、インキを使用しないので、絵
柄、文字の剥がれ、薄れを生じない。特に、赤インキを
使用した場合に生じやすい、紫外線による劣化を防止す
ることができる。また、レーザ光線の発振波長を、波長
変換器によって調整することで、一層、集光させること
が可能となり、極細線を描画することが可能になる。

【００３７】（変形形態）以上説明した実施形態に限定
されることなく、種々の変形や変更が可能であって、そ
れらも本発明の均等の範囲内である。例えば、細線を描
画するには、上述の通り、ＹＶＯ₄ レーザが最適である
といえるが、ＹＡＧレーザその他のレーザを使用しても
よい。特に、ある程度広い面積を塗り潰すときなどに使
用するとよい。また、上記実施形態では、照射回数を制
御することで、色を変えたが、照射時間を制御しても、
同様の効果が得られる。さらに、波長変換器によって、
レーザ光線の発振波長を、さらに半減させて、ＵＶ光と
して使用してもよい。

【００３８】さらに、被描画金属体に、絵柄、文字等を
描画した後、その金属体表面を、保護層でコーティング
すれば、着色酸化膜の汗等による環境・化学劣化を防止
することができるとともに、耐摩耗性を向上させること
ができる。この保護層は、例えば、アクリル樹脂、ポリ
エチレンテレフタレート他コーティング用の硬質な透明
樹脂、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド（すず
含有酸化インジウム））等の透明金属、シリコーン等を
使用することができる。

【００３９】

【実施例】以下、本発明を実施例により、さらに具体的
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。

【００４０】（第１実施例）（株）レーザーテクノロジ
ー製、モデルＬＴ−１００ＳＡを使用して、ステンレス
板（ＳＵＳ３０４）を着色した。条件は、ステップサイ
ズ；１５、フォーカス；１０３ｍｍ、スキャン方式；ラ
スタースキャン、スピード；６０％である。このとき、
表１に示すように、照射回数によって、赤、青、黄を呈
した。

【００４１】

【表１】

【００４２】このように色変化するのは、レーザ光線照
射回数によって、ステンレス表面にできる酸化膜の厚さ
が異なるためである。ステンレスの表面を電気化学的に
処理するインコ化学発色法では、酸化の進行にともなっ
て、濃青 → 金 → 赤 → 青 → 緑 → 黄
緑、と色変化をするが、これと同様の傾向が見られるこ
とがわかる。

【００４３】（第２実施例）また、第１実施例に対し
て、ステップサイズ；２７とし、他は同条件でステンレ
ス板を着色した。このとき、表２に示すように、照射回
数によって、オレンジ、紫、青、緑を呈した。この色変
化も、インコ化学発色法と同様の傾向が見られることが
わかる。

【００４４】

【表２】

【００４５】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、請求項１の
発明によれば、表面に形成された酸化膜の厚さの違いに
よって異なる色を呈し、その色によって、絵柄又は文字
を表示するので、インキを使用しないため、絵柄、文字
の剥がれ、薄れを生じない。

【００４６】請求項２の発明によれば、レーザ光線の照
射によって、その照射部分が着色されて、絵柄又は文字
を表示するので、少量生産にも、好適である。

【００４７】請求項３の発明によれば、材料は、ステン
レスであるので、錆びることがない。

【００４８】請求項４の発明によれば、絵柄文字層の絵
柄又は文字は、４０μｍ以下の線部を有するので、細か
い絵柄又は文字であっても、きれいに描画可能である。

【００４９】請求項５の発明によれば、絵柄文字層を保
護する保護層を有するので、着色酸化膜の劣化を防止す
ることができる。

【００５０】請求項６の発明によれば、被描画金属体に
レーザ光線を射出して、そのレーザ光線の照射量を制御
するので、所望の色に着色自在である。

【００５１】請求項７の発明によれば、照射回数を制御
して、絵柄又は文字を所望の色に着色するので、色目の
調整が容易である。

【００５２】請求項８の発明によれば、照射時間を制御
して、絵柄又は文字を所望の色に着色するので、色目の
調整が簡単である。

【００５３】請求項９の発明によれば、ＹＶＯ₄ 結晶を
レーザ媒質としているので、細線をきれいに描画するこ
とができる。

【００５４】請求項１０の発明によれば、レーザ光線の
波長を変換する波長変換手段を有するので、極細線を
も、きれいに描画可能である。

【００５５】請求項１１の発明によれば、被描画金属体
にレーザ光線を射出して、そのレーザ光線の照射量を制
御するので、所望の色に着色自在である。

【００５６】請求項１２の発明によれば、照射回数を制
御して、絵柄又は文字を所望の色に着色するので、色目
の調整が容易である。

【００５７】請求項１３の発明によれば、照射時間を制
御して、絵柄又は文字を所望の色に着色するので、色目
の調整が簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による絵柄文字描画装置の一実施形態を
示す図である。

【図２】ＹＶＯ₄ レーザ及びＹＡＧレーザの性質を説明
する図である。

【符号の説明】

１０レーザマーカ１１レーザ媒質１２出力ミラー１３終端ミラー１４ＴＥ冷却部１５Ｑスイッチ１６ガルバノスキャナ１７集光レンズ１８加工テーブル１９コントローラ１９ａ電源部１９ｂ照射回数制御部２０描画情報入力コンピュータ３０金属板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に形成された酸化膜の厚さの違いに
よって異なる色を呈し、その色によって、絵柄又は文字
を表示する絵柄文字層を備える金属体。
【請求項２】レーザ光線の照射によって、その照射部
分が着色されて、絵柄又は文字を表示する絵柄文字層を
備える金属体。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の金属体に
おいて、材料は、ステンレスであることを特徴とする金属体。
【請求項４】請求項１から請求項３までのいずれか１
項に記載の金属体において、前記絵柄文字層の絵柄又は文字は、４０μｍ以下の線部
を有することを特徴とする金属体。
【請求項５】請求項１から請求項４までのいずれか１
項に記載の金属体において、前記絵柄文字層を保護する保護層を有することを特徴と
する金属体。
【請求項６】被描画金属体に、絵柄又は文字を直接描
画するためのレーザ光線を射出するレーザ光線射出手段
と、前記レーザ光線射出手段が射出するレーザ光線の前記被
描画金属体に対する照射位置を制御して、その被描画金
属体に、絵柄又は文字を描画する照射位置制御手段と、前記レーザ光線射出手段が射出するレーザ光線の前記被
描画金属体に対する照射量を制御して、その被描画金属
体に描画する絵柄又は文字を所望の色に着色する照射量
制御手段とを備える絵柄文字描画装置。
【請求項７】請求項６に記載の絵柄文字描画装置にお
いて、前記照射量制御手段は、前記被描画金属体に対する照射
回数を制御して、絵柄又は文字を所望の色に着色するこ
とを特徴とする絵柄文字描画装置。
【請求項８】請求項６に記載の絵柄文字描画装置にお
いて、前記照射量制御手段は、前記被描画金属体に対する照射
時間を制御して、絵柄又は文字を所望の色に着色するこ
とを特徴とする絵柄文字描画装置。
【請求項９】請求項６から請求項８までのいずれか１
項に記載の絵柄文字描画装置において、前記レーザ光線射出手段は、ＹＶＯ₄ 結晶をレーザ媒質
としていることを特徴とする絵柄文字描画装置。
【請求項１０】請求項９に記載の絵柄文字描画装置に
おいて、前記レーザ光線射出手段は、射出するレーザ光線の波長
を変換する波長変換手段を有することを特徴とする絵柄
文字描画装置。
【請求項１１】被描画金属体に、絵柄又は文字を直接
描画するためのレーザ光線を射出するレーザ光線射出工
程と、前記レーザ光線射出工程が射出するレーザ光線の前記被
描画金属体に対する照射位置を制御して、その被描画金
属体に、絵柄又は文字を描画する照射位置制御工程と、前記レーザ光線射出工程が射出するレーザ光線の前記被
描画金属体に対する照射量を制御して、その被描画金属
体に描画する絵柄又は文字を所望の色に着色する照射量
制御工程とを備える絵柄文字描画方法。
【請求項１２】請求項１１に記載の絵柄文字描画方法
において、前記照射量制御工程は、前記被描画金属体に対する照射
回数を制御して、絵柄又は文字を所望の色に着色するこ
とを特徴とする絵柄文字描画方法。
【請求項１３】請求項１１に記載の絵柄文字描画方法
において、前記照射量制御工程は、前記被描画金属体に対する照射
時間を制御して、絵柄又は文字を所望の色に着色するこ
とを特徴とする絵柄文字描画方法。